(一)铝的氧化 铝不论是固态或液态都极易氧化。在常温下铝及铝合金表面总有一层氧化铝(Al2O3)薄膜。尤其在高温下铝将发生强烈氧化。氧化铝的熔点很高(2050℃),远远超过铝合金的熔点(一般为600℃左右),而且氧化铝密度大(3.85g/cm3),而铝合金密度较小(2.6~2.8g/cm3)。当气焊铝时,如果不用气焊熔剂,会很明显地看到熔池表面一层氧化铝的黑色皱皮,它阻止了焊丝的熔滴进入熔池,使之无法与基本金属熔合。又因氧化铝在沉入焊缝后形成难熔夹渣,而且氧化铝还吸附了较多的水分,在焊接时会促使焊缝生成气孔。因此,铝焊接时,为保证焊接质量,必须去除表面的氧化物,并防止在焊接过程中再氧化。这是铝及铝合金熔化焊的重要特点。
(二)熔池不易掌握 铝及铝合金由固态转变成液态时,没有显著的颜色变化,从而增加了工艺上控制温度的困难。另外,铝在高温时强度很低,如铝在370℃时强度仅为0.1MPa,在焊接时容易引起烧塌或下漏,甚至焊接接头会整个塌落下来。因此,铝的全位置焊接,比焊接钢材要困难得多,常常要采用垫板。
(三)热裂纹 铝的导热系数约是铁的2倍多,因而要求在焊接时,使用较大功率或能量集中的热源。当焊件厚度大时,还要预热。而铝的线膨胀系数约是铁的2倍,在凝固时的收缩率约为铁的3倍,再者铝与钢比较,铝及其合金高温时塑性很差、强度也低,所以,铝件的焊接变形大,恶化了焊接的工艺条件。如工艺措施不当,还容易产生热裂纹。
工业纯铝和铝锰合金的抗裂性良好,在焊接薄板时不产生裂缝。但若焊缝金属中,硅的含量大于铁的含量(Fe/Si<1)或焊接接头刚性较大时,则焊缝金属产生热裂纹的倾向将会增大。铝镁合金焊接时的热裂纹倾向随含镁量的变化而变化。若焊缝中含镁量较少,产生的低熔点共晶不足以形成连续的晶间薄层,热裂纹倾向不大;若焊缝中含镁量虽较多,但大量的低熔点共晶又能充分填充晶间薄层,因而此时的热裂纹倾向也不大;只有当含镁量在2%~3%时,最容易出现热裂纹。铝铜合金(硬铝)在焊接时,易形成熔点稍大于500℃的二元或三元低熔点共晶(Al+CuAl2+Al2CuMg),所以产生热裂纹倾向就很大。当低熔点共晶数量为3%~5%时,具有最大的热裂倾向。硬铝LY11和LY12的成分就属于这一范围,均属于焊接性不良的铝合金。
(四)气孔 铝及其合金焊缝金属中产生的气孔主要是氢气孔。高温下氢在铝中的溶解度比在铜、铁中的溶解度要小,但是在凝固的一瞬间,氢在铝中的溶解度突变的幅度比其它金属大,在凝固点氢在铝中的溶解度下降,与凝固前相差约20倍,而铜只相差3倍,铁相差不到2倍。这样,铝及其合金在焊接高温下溶入的氢,在焊缝冷却过程中由于氢的溶解度大大下降来不及析出而形成气孔。形成的氢气孔可分为三种类型:分散小气孔,经常出现在焊缝截面中,数量多,尺寸小(小于0.2mm),其断口呈圆形亮白色斑点;集中气孔,沿坡口边缘分布在熔合线附近。尺寸大,断面呈圆形,内壁光滑,断口呈亮白色或金黄色;热影响区气孔,分布在热影响区表面,在焊接含镁量较高的铝镁合金和有水分存在,是很容易产生的。
焊件及焊丝表面和坡口未去掉的氧化膜所吸附的水分,是铝及其合金焊接接头中形成集中气孔的主要原因。焊缝中的氢气如果不能及时逸出,在高温下就会向热影响区扩散,故在热影响区形成气孔。
(五)焊接接头性能降低,易软化 铝及其合金焊接接头由于焊接峰值温度高,高温停留时间长,造成焊缝产生铸造组织,容易出现裂纹或脆性化合物等,使其强度明显低于母材;又因焊接接头成分和组织的不均匀及其它缺陷,耐腐蚀性能低于母材,尤其是硬铝更为明显,还会引起应力腐蚀裂纹;对于热处理强化的铝合金焊接接头因受热而软化,有时需重新热处理提高其强度。
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